Spin-orbit coupling effects and g-factors in zinc-blende InSb and wurtzite InAs nanowires using realistic multiband k . p method (2017)
- Authors:
- Autor USP: CAMPOS, TIAGO DE - IFSC
- Unidade: IFSC
- Sigla do Departamento: FCI
- Subjects: SPINTRÔNICA; MATERIAIS NANOESTRUTURADOS
- Keywords: g-factor; InAs; InSb; Nanofios; Nanowires; Spin-orbit; Spin-órbita
- Language: Inglês
- Abstract: Recentemente, fenômenos dependentes de spin em nanofios semicondutores se tornaram uma área de pesquisa ativa especialmente porque essas nanoestruturas podem ser viáveis para o estudo de estados exóticos da matéria como, por exemplo, os férmions de Majorana. Um dos ingredientes chave para que esses modos de excitação possam existir em nanofios é o acoplamento spin-órbita, o qual tem sido usualmente tratado com modelos de duas bandas. O acoplamento spin-órbita em semicondutores aparece de duas fontes distintas sendo elas a assimetria de inversão no bulk, quando a célula unitária do cristal não possui simetria de inversão, por exemplo, quando é formada por dois átomos diferentes, e a assimetria de inversão estrutural, quando o sistema como um todo não possui simetria de inversão. Para descrever o sistema, os modelos efetivos de duas bandas usam como entrada parâmetros que dependem tanto do sistema específico quanto da configuração do arranjo experimental. Apesar desses modelos terem sucesso em descrever algumas das propriedades físicas relevantes, uma descrição mais realística da interação entre as bandas de energia se faz necessária, especialmente em sistemas com confinamento quântico onde a ação combinada das duas fontes de acoplamento spin-órbita muda as propriedades do sistema de maneira não-trivial. Por exemplo, o fator giromagnético em poços quânticos é anisotrópico devido aos efeitos de ambos, confinamento quântico e a assimetria de inversão estrutural. Ademais, o fatorgiromagnético ao longo do plano também possui uma anisotropia, a qual tem origem no acoplamento spin-órbita intrínseco do sistema e não é capturada por esses modelos efetivos. Nesse estudo, nós usamos Hamiltonianos k . p multibanda, incluindo ambos os mecanismos de acoplamento spin-órbita, para determinar a estrutura de bandas de nanofios de InSb na fase blenda de zinco e InAs na fase wurtzita sob a ação de um campo elétrico transversal. Nós analisamos os efeitos do confinamento quântico lateral, para fios com seção transversal hexagonal, e diferentes direções de crescimento, extraindo parâmetros físicos relevantes para a primeira sub-banda de condução. Nós encontramos que os fatores giromagnéticos são fortemente influenciados pelo confinamento quântico e orientação dos nanofios, com anisotropias no plano e fora do plano de até 3%. Nós também encontramos que para nanofios de InSb na fase blenda de zinco, o acoplamento spin-órbita extrínseco domina o intrínseco enquanto que, em nanofios de InAs na fase wurtzita, vale o oposto. Para avaliar se os nanofios podem hospedar os modos de Majorana de energia zero nós investigamos sob quais circunstâncias a transição de fase topológica ocorre usando o formalismo de Bogoliubov-de Gennes para acoplar o nanofio a um supercondutor, e encontramos que usando nossos parâmetros e em condições experimentalmente factíveis, de fato, a transição de fase ocorre. Em conclusão, nossa investigação sistemática nos nanofios mostrou que oacoplamento spin-órbita pode ser ajustado por fontes externas, tais como um campo elétrico aplicado, e em configurações experimentais factíveis e que ultimamente pode guiar à busca dos elusivos modos de Majorana. Além do mais, nossa abordagem numérica não é restrita a esses materiais em específico e nem a nanofios, podendo ser usada para estudar outros sistemas provendo intuições úteis nos campos de eletrônica e spintrônica
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2017
- Data da defesa: 06.09.2017
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ABNT
CAMPOS, Tiago de. Spin-orbit coupling effects and g-factors in zinc-blende InSb and wurtzite InAs nanowires using realistic multiband k . p method. 2017. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2017. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-30012018-163011/. Acesso em: 05 jan. 2026. -
APA
Campos, T. de. (2017). Spin-orbit coupling effects and g-factors in zinc-blende InSb and wurtzite InAs nanowires using realistic multiband k . p method (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-30012018-163011/ -
NLM
Campos T de. Spin-orbit coupling effects and g-factors in zinc-blende InSb and wurtzite InAs nanowires using realistic multiband k . p method [Internet]. 2017 ;[citado 2026 jan. 05 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-30012018-163011/ -
Vancouver
Campos T de. Spin-orbit coupling effects and g-factors in zinc-blende InSb and wurtzite InAs nanowires using realistic multiband k . p method [Internet]. 2017 ;[citado 2026 jan. 05 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-30012018-163011/
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